DE10063990B4

DE10063990B4 - OFDM frame synchronization

Info

Publication number: DE10063990B4
Application number: DE10063990A
Authority: DE
Inventors: Stephen Kingsley Huddersfield Barton; Stephen Mark Nottinghamshire Brunt; Javier Echavarri Vizcaya Delmas; John Bradford Orriss
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Tcl Communication Technology Holdings Ltd Hk
Priority date: 1999-08-27
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: GB0208803D0; GB2353681B; DE10063990A1; WO2001017150A1; GB2353681A; GB2373693A; GB2373692B; GB2373692C; GB9920447D0; GB2373693B; CN1336001A; GB0208805D0; GB2373692A; CN1214437C

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines Synchronisationsimpulses, der in einem OFDM-Signal mit von Schutzzwischenräumen getrennten Symbolnutzperioden eine Symbolgrenze angibt, wobei die Daten in jedem Schutzzwischenraum einem Teil der Daten in der jeweiligen Nutzperiode entsprechen, mit den folgenden Schritten:
Vorsehen eines Signals, das den Grad der Korrelation zwischen den Momentanwerten eines erhaltenen Signals angibt, die durch eine Periode getrennt sind, die dem Nutzteil des Symbols entspricht, so dass das Signal ein Ausgangssignal ergibt, das für jedes Symbol ein Intervall angibt, in dem eine signifikante Korrelation festzustellen ist,
Bestimmen der jeweiligen Korrelationsgrade in Subintervallen innerhalb des angegebenen Intervalls;
Bestimmen eines Subintervalls, in dem ein maximaler Korrelationsgrad auftritt, und
Erzeugen des Synchronisationsimpulses innerhalb des bestimmten Subintervalls.A method of generating a synchronization pulse indicative of a symbol boundary in an OFDM signal with guard periods separated by guard gaps, the data in each guard gap corresponding to a portion of the data in the respective payload period, comprising the steps of:
Providing a signal indicative of the degree of correlation between the instantaneous values of a received signal separated by a period corresponding to the useful portion of the symbol such that the signal provides an output indicative of an interval for each symbol in which a significant correlation is found
Determining the respective degrees of correlation at subintervals within the specified interval;
Determining a subinterval in which a maximum degree of correlation occurs, and
Generating the synchronization pulse within the specified subinterval.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die OFDM-Modulation. Sie betrifft insbesondere die Erzeugung eines Synchronisationsimpulses an der Grenze eines OFDM-Symbols, zum Beispiel bei einer Fouriertransformationsdemodulation.The present invention relates to OFDM modulation. In particular, it relates to the generation of a synchronization pulse at the boundary of an OFDM symbol, for example in a Fourier transform demodulation.

OFDM-Systeme sind allgemein bekannt. Zur Synchronisation von OFDM-Empfägern werden verschiedene Techniken angewendet. Einige dieser Techniken erfordern die Übertragung eines speziellen Synchronisationssignals. Andere Techniken beruhen allein auf dem OFDM-Standardsignal, bei dem ein komplettes Symbol einen ”Nutzteil” und einen ”Schutzzwischenraum” umfaßt. Der Schutzzwischenraum wird manchmal auch als Schutzintervall, zyklische Erweiterung oder zyklischer Vorsatz bezeichnet.OFDM systems are well known. Various techniques are used to synchronize OFDM receivers. Some of these techniques require the transmission of a special synchronization signal. Other techniques rely solely on the OFDM standard signal, where a complete symbol comprises a "payload" and a "guard gap." The guard gap is sometimes referred to as guard interval, cyclic extension, or cyclic prefix.

Der Schutzzwischenraum liegt vor dem Nutzteil des Symbols und enthält eine Wiederholung der Daten am Ende des Nutzteils. (Dies ist einem Schutzzwischenraum nach dem Nutzteil, der Daten enthält, die denen am Anfang des Nutzteils entsprechen, gleichwertig.)The protective gap lies before the useful part of the symbol and contains a repetition of the data at the end of the useful part. (This is equivalent to a guard gap after the payload that contains data that matches those at the beginning of the payload.)

Bei den Synchronisationstechniken, die auf den duplizierten Daten im Schutzzwischenraum beruhen, wird im allgemeinen eine Kreuzkorrelation zwischen komplexen Momentanwerten ausgeführt, die um die Länge des Nutzteiles des Symbols beabstandet sind. Es wird dabei ein Zeitgeberimpuls erzeugt, der bei der Fouriertransformation des erhaltenen Signals verwendet wird. Die Zeitgabe der Impulse ist derart, daß das Fouriertransformationsfenster nur Daten aus einem einzigen Symbol enthält.In the synchronization techniques based on the duplicated data in the guard gap, cross-correlation is generally performed between complex instantaneous values spaced by the length of the useful portion of the symbol. In this case, a timer pulse is generated which is used in the Fourier transformation of the received signal. The timing of the pulses is such that the Fourier transform window contains only data from a single symbol.

Wenn die Zeitgebung nicht korrekt ist, tritt eine Intersymbolinterferenz (ISI) auf. Die Verwendung des Schutzzwischenraums erlaubt jedoch eine gewisse Schwankungsbreite bei der Zeitgabe der Impulse, ohne daß gleich eine ISI in Erscheinung tritt. Der Schutzzwischenraum sollte dafür länger sein als die größte erwartete Streubreite an Verzögerungen bei Signalen, die über verschiedene Wege erhalten werden. Der Schutzzwischenraum ist im Vergleich zum Nutzteil des Signals relativ klein. Typischerweise enthält der Schutzzwischenraum Nu/32, Nu/16, Nu/8 oder Nu/4 Momentanwerte, wobei Nu die Anzahl der Momentanwerte im Nutzteil des Symbols ist.If the timing is incorrect, intersymbol interference (ISI) occurs. However, the use of the guard gap allows a certain amount of fluctuation in the timing of the pulses without an ISI immediately appearing. The guard gap should be longer than the largest expected spread of delays in signals obtained through different paths. The protective gap is relatively small compared to the useful part of the signal. Typically, the guard gap contains Nu / 32, Nu / 16, Nu / 8 or Nu / 4 instantaneous values, where Nu is the number of instantaneous values in the useful part of the symbol.

Zur Ableitung der Synchronisationsimpulse aus der Kreuzkorrelation gibt es verschiedene Techniken. Diese arbeiten zwar unter üblichen Empfangsbedingungen adäquat, es gibt jedoch Fälle, in denen der Zeitgeberimpuls zu einem unerwünschten Zeitpunkt erzeugt wird, was zu einer Intersymbolinterferenz (ISI) führt.There are various techniques for deriving the synchronization pulses from the cross-correlation. Although these operate adequately under normal reception conditions, there are cases in which the timing pulse is generated at an undesirable time, resulting in intersymbol interference (ISI).

Der Kreuzkorrelator erzeugt in Abwesenheit von Rauschen oder einer Mehrwegeinterferenz ein Ausgangssignal, das im Mittel zu Null wird, mit Ausnahme der Zeit, in der die Momentanwerte des Schutzzwischenraums mit Momentanwerten im Nutzteil des Symbols kreuzkorreliert sind, die den gleichen Wert haben. Während dieser Periode erzeugt der Kreuzkorrelator ein Ausgangssignal auf hohem Pegel. Dieses Ausgangssignal auf hohem Pegel endet am Ende eines Symbols und dem Beginn des nächsten Symbols. Bei einer bekannten Anordnung wird das Ausgangssignal des Kreuzkorrelators integriert und dann der Spitzenwert des sich ergebenden Signals erfaßt, um am Ende jedes Symbols einen Zeitgeberimpuls zu erzeugen.The cross-correlator, in the absence of noise or multipath interference, produces an output which, on average, becomes zero except for the time in which the snapshot values of the guard gap are cross-correlated with instantaneous values in the useful portion of the symbol having the same value. During this period, the cross-correlator produces a high level output. This high level output ends at the end of one symbol and the beginning of the next symbol. In one known arrangement, the output of the cross-correlator is integrated and then the peak of the resulting signal is detected to produce a timer pulse at the end of each symbol.

Im Falle einer Mehrwegeinterferenz, bei der das gleiche Signal mit verschiedenen Verzögerungen erhalten wird, sollte, um eine Intersymbolinterferenz (ISI) zu vermeiden, der Synchronisationsimpuls innerhalb eines Fensters erzeugt werden, dessen Breite gleich dem Überlapp zwischen den Schutzzwischenräumen der beiden erhaltenen Signale ist. Der Kreuzkorrelator erzeugt jedoch innerhalb der ganzen Periode, in der die Momentanwerte von entweder einem oder von beiden der Schutzzwischenraum-Momentanwerte vom Kreuzkorrelator bearbeitet werden, ein signifikantes Ausgangssignal. In manchen Fällen ergibt dies einen Zeitgeberimpuls außerhalb des optimalen Fensters, mit der Folge einer ISI.In the case of multipath interference in which the same signal is obtained with different delays, in order to avoid intersymbol interference (ISI), the synchronization pulse should be generated within a window whose width is equal to the overlap between the guard gaps of the two received signals. However, the cross-correlator produces a significant output within the entire period in which the instantaneous values of either or both of the guard-gap instantaneous values are being processed by the cross-correlator. In some cases, this results in a timer pulse outside the optimal window, resulting in an ISI.

Die EP-A-0 772 332 beschreibt andere Techniken zum Erzeugen eines Synchronisationsimpulses. Eine der beschriebenen Techniken beruht auf dem Zuführen des Ausgangssignals des Kreuzkorrelators zu einem Phasenregelkreis (PLL). Dies kann jedoch auch dazu führen, daß im Falle eines starken Rauschens oder einer Mehrwegeinterferenz ein Synchronisationsimpuls außerhalb des optimalen Fensters erzeugt wird. Außerdem benötigt ein Phasenregelkreis zum Einrasten eine erhebliche Anzahl von Symbolperioden, was zu einer erheblichen Erfassungszeit führt.The EP-A-0 772 332 describes other techniques for generating a synchronization pulse. One of the techniques described is based on supplying the output signal of the cross-correlator to a phase locked loop (PLL). However, this may also result in the event that a strong noise or multipath interference occurs, a sync pulse will be generated outside the optimal window. In addition, a lock-in phase locked loop requires a significant number of symbol periods, resulting in a significant acquisition time.

Ein anderes Problem der bekannten Anordnungen ergibt sich aus der Tatsache, daß, wenn der Synchronisationsimpuls als Folge von zum Beispiel sich ändernden Signalbedingungen nachgeregelt wird, die komplexen Werte in den Frequenzklassen am Ausgang der schnellen Fouriertransformation (FFT) einer Phasenrotation in einem veränderlichen Ausmaß unterliegen. Auch wenn eine nachfolgende Kanalbestimmungs- und Korrekturschaltung solche Änderungen berücksichtigen kann, erhöht sich dadurch die Erfassungszeit weiter, und es wird eine erhebliche Menge an Prozessorleistung dafür benötigt.Another problem of the known arrangements arises from the fact that when the synchronization pulse is readjusted as a result of, for example, changing signal conditions, the complex values in the frequency classes at the output of the fast Fourier transform (FFT) undergo phase rotation to a variable extent. Although a subsequent channel determination and correction circuit may accommodate such changes, this further increases the acquisition time and requires a significant amount of processor power therefor.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Technik zum Erzeugen von Synchronisationsimpulsen zu schaffen, bei der diese Probleme nicht mehr oder zumindest nur mehr in einem geringerem Umfang auftreten.The object of the invention is therefore to provide a technique for generating synchronization pulses, in which these problems no longer or at least only to a lesser extent.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den Patentansprüchen beschriebenen Verfahren.This object is achieved by the method described in the claims.

Nach einem erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Synchronisationsimpuls dadurch erzeugt, daß ein Signal produziert wird, das den Grad der Korrelation zwischen den Momentanwerten eines erhaltenen Signals angibt, die durch eine Periode getrennt sind, die dem Nutzteil des Symbols entspricht, so daß das Signal zu einem Ausgangssignal führt, das ein Intervall darstellt, während der eine signifikante Korrelation festgestellt wird, wobei das Verfahren den Schritt des Bestimmens eines Subintervalls umfaßt, in dem ein maximaler Grad an Korrelation auftritt, wobei der Synchronisationsimpuls dann innerhalb dieses Subintervalls erzeugt wird.According to an aspect of the invention, a synchronization pulse is generated by producing a signal indicative of the degree of correlation between the instantaneous values of a received signal, separated by a period corresponding to the useful portion of the symbol, so that the signal becomes an output signal which represents an interval during which a significant correlation is detected, the method comprising the step of determining a subinterval in which a maximum degree of correlation occurs, the synchronization pulse then being generated within that subinterval.

Im Falle einer Mehrwegeinterferenz ist der Grad der Korrelation innerhalb einer Periode maximal, deren Länge dem Überlapp der Schutzzwischenräume entspricht. Dies ist eine optimale Periode zur Erzeugung des Synchronisationsimpulses, da dadurch sichergestellt wird, daß jedes Fouriertransformationsfenster Momentanwerte nur aus einem Symbol enthält, auch wenn das gleiche Symbol mit verschiedenen Verzögerungen erhalten wird. Mit der erfindungsgemäßen Technik wird das Ausgangssignal des Kreuzkorrelators überprüft, um festzustellen, wann diese optimale Periode auftritt.In the case of multipath interference, the degree of correlation is maximum within a period whose length corresponds to the overlap of the guard interspaces. This is an optimal period for generating the synchronization pulse, since it ensures that each Fourier transform window contains instantaneous values of only one symbol, even if the same symbol with different delays is obtained. The technique of the present invention examines the output of the cross-correlator to determine when that optimal period occurs.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Ausgangssignal des Kreuzkorrelators mit einem Schwellenwert verglichen, und das optimale Subintervall, das die Periode festlegt, in der der Synchronisationsimpuls zu erzeugen ist, wird durch die Periode dargestellt, in der das Ausgangssignal des Kreuzkorrelators diesen Schwellenwert übersteigt. Vorzugsweise wird der Schwellenwert in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Kreuzkorrelators variiert, wobei vorteilhaft der Schwellenwert auf der Basis des Maximalpegels des Kreuzkorrelator-Ausgangssignals bestimmt wird.In a preferred embodiment, the output of the cross-correlator is compared to a threshold, and the optimum sub-interval defining the period in which the sync pulse is to be generated is represented by the period in which the output of the cross-correlator exceeds this threshold. Preferably, the threshold is varied in response to the output of the cross-correlator, advantageously determining the threshold based on the maximum level of the cross-correlator output.

Die Verwendung eines Schwellenwertes wird als unabhängiger erfinderischer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrachtet. Gemäß diesem zusätzlichen Aspekt wird das Ausgangssignal eines Korrelators, das den Grad der Korrelation zwischen den Momentanwerten eines erhaltenen Signals angibt, die um eine vorgegebene Anzahl von Momentanwertintervallen getrennt sind, zu einem Pegeldetektor geführt, und nur jene Teile des Signals, die über einem vorgegebenen (vorzugsweise variablen) Pegel liegen, werden bei der Bestimmung des Zeitpunktes der Erzeugung eines Synchronisationsimpulses berücksichtigt.The use of a threshold is considered as an independent inventive aspect of the present invention. According to this additional aspect, the output of a correlator indicating the degree of correlation between the instantaneous values of a received signal separated by a predetermined number of instantaneous value intervals is fed to a level detector, and only those portions of the signal exceeding a predetermined one (FIG. preferably variable) levels are taken into account in the determination of the timing of the generation of a synchronization pulse.

Falls gewünscht, können die Zeitgeberimpulse zu jedem Zeitpunkt in dem Fenster erzeugt werden, das die maximale Korrelation angibt, zum Beispiel in der Mitte dieses Fensters. Bei einer Veränderung der Signalbedingungen kann sich dieser Punkt verschieben, wobei sich dann der Synchronisationsimpuls entsprechend verändert. Bei der bevorzugten Ausführungsform ändert sich jedoch die Zeitgabe für den Synchronisationsimpuls nur dann, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Zum Beispiel kann sich die Zeitgabe nur dann ändern, wenn festgestellt wird, daß die laufende Zeitgebung über eine vorgegebene Anzahl von Zeitpunkten falsch war und/oder der gegenwärtige Fehler über einem bestimmten Wert liegt. Diese Vorgehensweise, die ebenfalls als unabhängiger erfinderischer Aspekt betrachtet wird, vermeidet, daß bei der Zeitgebung für die Fouriertransformation eine übermäßige Anzahl von Änderungen erfolgt, von denen jede eine Phasenrotation jedes der Träger und des Ausgangssignals der schnellen Fouriertransformation (FFT) um einen anderen Winkel bewirkt, was zu einer erheblichen Belastung der herkömmlich vorgesehenen Kanalbestimmungsschaltung führen würde.If desired, the timing pulses may be generated at any time in the window indicating the maximum correlation, for example in the center of this window. If the signal conditions change, this point can shift, with the synchronization pulse correspondingly changing. However, in the preferred embodiment, timing for the synchronization pulse changes only when certain conditions are met. For example, the timing may only change if it is determined that the current timing has been incorrect for a predetermined number of times and / or the current error is above a certain value. This approach, which is also considered to be an independent inventive aspect, avoids that the Fourier transform timing undergoes an excessive number of changes, each of which causes a phase rotation of each of the carriers and the fast Fourier transform (FFT) output signal at a different angle , which would lead to a considerable load on the conventionally provided channel determination circuit.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird am Ausgang der FFT eine Einrichtung vorgesehen, die dem jeweiligen Momentanwerten des FFT-Ausgangssignals verschiedene Phasendrehungen verleiht, wobei diese Einrichtung zur Bestimmung des Ausmaßes der angelegten Phasendrehung auf ein Signal anspricht, das das Ausmaß der Verschiebung angibt, die ein Synchronisationsimpuls durch einen Impulsgenerator erfährt. Dies ermöglicht eine sehr schnelle und praktisch sofortige Kompensation von Änderungen in der Zeitgabe für die Synchronisationsimpulse. Die Phasendrehung kann durch eine Schaltung bewirkt werden, die zwischen der FFT und der Kanalbestimmungs- und Korrekturschaltung angeordnet ist, alternativ kann auch die Kanalbestimmungs- und Korrekturschaltung die Phasendrehung ausführen. Vorzugsweise werden die Änderungen in der Zeitgabe für die Synchronisationsimpulse so vorgesehen, daß sie relativ selten (gemäß dem oben erwähnten Aspekt der Erfindung) und vorzugsweise nur oder für gewöhnlich in einem vorgegebenen Ausmaß auftreten. Dadurch wird die Bestimmung der geeigneten Phasendrehung erleichtert, die an den FFT-Ausgangssignalen zu bewirken sind. Diese Phasendrehungen können in Abhängigkeit von einem Signal berechnet werden, das das tatsächliche oder erwartete Ausmaß der Verschiebung bei der Zeitgabe für den Synchronisationsimpuls angibt, oder sie können alternativ aus einer Nachschlagetabelle abgeleitet werden, auf die entsprechend einem solchen Signal zugegriffen wird.According to a further aspect of the invention, means are provided at the output of the FFT for imparting different phase rotations to the respective instantaneous value of the FFT output signal, said means for determining the amount of applied phase rotation responsive to a signal indicative of the amount of shift a synchronization pulse is experienced by a pulse generator. This allows a very fast and virtually instantaneous compensation of changes in the timing for the synchronization pulses. The phase rotation may be effected by a circuit arranged between the FFT and the channel determination and correction circuit, alternatively, the channel determination and correction circuit may also perform the phase rotation. Preferably, the changes in the timing for the synchronization pulses are provided to occur relatively infrequently (according to the above-mentioned aspect of the invention), and preferably only or usually to a predetermined extent. This facilitates the determination of the appropriate phase rotation to be effected on the FFT output signals. These phase rotations may be calculated in response to a signal indicating the actual or expected extent of the shift in the timing pulse for the synchronization pulse, or alternatively may be derived from a look-up table accessed in response to such a signal.

Bei dem genannten Stand der Technik wird das Ausgangssignal des Korrelators gefiltert, zum Beispiel durch eine Gleitfenstermittelung, bei der die letzten Ng Momentanwerte aus dem Kreuzkorrelator aufsummiert werden. Diese Filtertechnik verändert jedoch die Form des Kreuzkorrelator-Ausgangssignals, und entsprechend wird bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Kreuzkorrelator-Ausgangssignal durch Aufsummieren der letzten L1 Momentanwerte gefiltert, wobei L1 wesentlich kleiner ist als Ng.In the cited prior art, the output of the correlator is filtered, for example by sliding window averaging, in which the Last Ng instantaneous values are summed up from the cross-correlator. However, this filter technique alters the shape of the cross-correlator output, and accordingly, in the preferred embodiment of the present invention, the cross-correlator output is filtered by summing the last L1 samples, where L1 is substantially less than Ng.

Es ist bekannt, das Ausgangssignal der Gleitfenstermittlung zu einem Signal für eine Feinfrequenzkorrektur zu verarbeiten. Diese Technik wird vorzugsweise auch bei den erfindungsgemäßen Anordnungen angewendet. Um eine bessere Qualität der Feinfrequenzbestimmung zu erhalten, wird jedoch bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Ausgangssignal des ersten Filters zu einem zweiten Filter geführt und damit ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Mittelung über eine Anzahl von Momentanwerten darstellt, die wesentlich größer ist als L1. Zum Beispiel kann das Ausgangssignal dem entsprechen, was erhalten würde, wenn bei einem einzigen Filter über die letzten Ng Momentanwerte summiert wird.It is known to process the output of the sliding window detection into a signal for a fine frequency correction. This technique is also preferably used in the arrangements according to the invention. However, in order to obtain a better quality of fine frequency determination, in the preferred embodiment of the present invention, the output of the first filter is fed to a second filter producing an output representative of averaging over a number of instantaneous values substantially greater than L1 , For example, the output signal may correspond to what would be obtained if a single filter sums instantaneous values over the last Ng.

Eine erfindungsgemäße Anordnung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:An arrangement according to the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines OFDM-Empfängers; 1 a block diagram of an embodiment of an OFDM receiver according to the invention;

2 schematisch ein OFDM-Signal; 2 schematically an OFDM signal;

3 ein Blockschaltbild einer bekannten Anordnung zum Erzeugen eines Synchronisationsimpulses; 3 a block diagram of a known arrangement for generating a synchronization pulse;

4 schematisch die Auswirkungen einer Mehrwegeinterferenz auf das Kreuzkorrelations-Ausgangssignal; 4 schematically the effects of multipath interference on the cross-correlation output;

5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Synchronisationsschaltung; 5 a block diagram of an embodiment of a synchronization circuit according to the invention;

6 ein Bockschaltbild einer Zeitrückgewinnungsschaltung, die Teil der Synchronisationsschaltung der 5 ist; und 6 a block diagram of a time recovery circuit, the part of the synchronization circuit of 5 is; and

7 einen Teil einer typischen Wellenform, die vom Korrelationsausgangssignal abgeleitet wird, wobei dieser Teil in einem Subintervall liegt, in dem ein Synchronisationsimpuls optimal erzeugt werden kann. 7 a part of a typical waveform derived from the correlation output, which part lies in a subinterval in which a synchronization pulse can be optimally generated.

Die 1 zeigt einen OFDM-Empfänger 2 mit einer Antenne 4, die ein Signal aufnimmt und es zu einem Abwärtskonverter oder Empfangsumsetzer 6 liefert, der das HF-Signal in ein Zwischenfrequenzsignal (ZF-Signal) umwandelt. Dieses wird dann durch einen ZF-Basisbandumwandler 8 in ein Basisbandsignal umgewandelt. Dadurch entstehen am Ausgang des ZF-Basisbandumwandlers 8 für jedes übertragene OFDM-Symbol komplexe Momentanwerte. Diese komplexen Momentanwerte werden in einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Konverter) 10 digitalisiert und über eine Frequenzfeineinstellschaltung 12 zu einer schnellen Fouriertransformationsschaltung (FFT-Schaltung) 14 gegeben. Die FFT-Schaltung 14 wandelt die Momentanwerte aus dem Zeitbereich in Momentanwerte im Frequenzbereich um, und die Symboldaten am Ausgang der FFT-Schaltung 14 werden zu einem Phasendreher 15, einer Kanalbestimmungs- und Korrekturschaltung 16 und einem Dekoder 17 geführt.The 1 shows an OFDM receiver 2 with an antenna 4 which picks up a signal and turns it into a down converter or a down converter 6 which converts the RF signal to an IF signal (IF signal). This is then passed through an IF baseband converter 8th converted to a baseband signal. This results in the output of the IF baseband converter 8th complex instantaneous values for each transmitted OFDM symbol. These complex instantaneous values are used in an analog-to-digital converter (A / D converter) 10 digitized and a Frequenzelfeininstellschaltung 12 to a fast Fourier transform circuit (FFT circuit) 14 given. The FFT circuit 14 converts the instantaneous values from the time domain into instantaneous values in the frequency domain, and the symbol data at the output of the FFT circuit 14 become a live-action 15 a channel determination and correction circuit 16 and a decoder 17 guided.

Die Vorgehensweise bei der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Verwendung eines Vorwärtsregelsystems, so daß keine Rückkopplungen und keine Phasenregelkreise (PLLs) zum Einstellen der Frequenzen des Überlagerungsoszillators erforderlich sind. Es jedoch auch möglich, gegebenenfalls bei alternativen Anordnungen solche Rückkopplungen vorzusehen, so daß der Synchronisationsschaltung 18 dann zum Beispiel die komplexen Momentanwerte vom A/D-Konverter 10 und/oder ein Signal von der Kanalbestimmungs- und Korrekturschaltung 16 zugeführt werden.The approach of the present invention allows the use of a feed-forward system so that no feedback and no PLLs are required to adjust the frequencies of the local oscillator. However, it is also possible, if appropriate, to provide such feedbacks in alternative arrangements, so that the synchronization circuit 18 then, for example, the complex instantaneous values from the A / D converter 10 and / or a signal from the channel determination and correction circuit 16 be supplied.

Die komplexen Momentanwerte werden zu einer Symbolsynchronisationsschaltung 20 geführt, die für die Frequenzfeineinstellschaltung 12 ein Frequenzoffsetsignal und für die FFT-Schaltung 14 einen Synchronisationsimpuls erzeugt. Die FFT-Schaltung 14 benötigt den Synchronisationsimpuls, damit jede Transformationsoperation auf den Beginn des jeweiligen OFDM-Symbols ausgerichtet werden kann.The complex instantaneous values become a symbol synchronization circuit 20 led, which for the Frequenzelfeininstellschaltung 12 a frequency offset signal and for the FFT circuit 14 generates a synchronization pulse. The FFT circuit 14 requires the synchronization pulse so that every transformation operation can be aligned to the beginning of the respective OFDM symbol.

Die insoweit beschriebene Schaltung ist mit Ausnahme des Phasendrehers 15 im Stand der Technik bekannt. Die vorliegende Erfindung ist daher unter anderem auf eine neue und erfinderische Technik für die Symbolsynchronisationsschaltung 20 gerichtet.The circuit described so far is with the exception of the phase rotator 15 known in the art. The present invention is therefore inter alia a new and inventive technique for the symbol synchronization circuit 20 directed.

In der 2(a) wird angenommen, daß ein OFDM-Symbol aus Nu + Ng Momentanwerten besteht, wobei die Nu Momentanwerte im Nutzteil U des Signals liegen, vor denen die Ng Momentanwerte im Schutzzwischenraum G angeordnet sind. Die Ng Momentanwerte im Schutzzwischenraum G enthalten die gleichen Daten wie die letzten Ng Momentanwerte des Nutzteiles U des Symbols (wie beim Symbol i durch Schraffieren angedeutet ist).In the 2 (a) It is assumed that an OFDM symbol consists of Nu + Ng instantaneous values, the Nu instantaneous values lying in the useful part U of the signal before which the Ng instantaneous values are arranged in the protective gap G. The Ng instantaneous values in the protective gap G contain the same data as the last Ng instantaneous values of the useful part U of the symbol (as indicated by hatching in symbol i).

Gemäß 3 werden bei der bekannten Synchronisationsschaltung die komplexen Momentanwerte vom ZF-Basisband-Konverter 8 aufeinanderfolgend zu einem FIFO-Register 30 (FIFO: First-In-First-Out) eines Kreuzkorrelators 28 geführt. Das FIFO-Register 30 enthält Nu Stufen, so daß es eine entsprechende Verzögerung um Nu Momentanwerte erzeugt. Das Ausgangssignal des Registers 30 wird zu einer Komplex-Konjugator-Schaltung 32 des Korrelators 28 geführt, die jeden Momentanwert in seinen komplex konjugierten Wert überführt. Dann wird an einem Multiplikator 34 des Korrelators 28 jeder komplex konjugierte Wert mit einem unverzögerten Momentanwert vom A/D-Konverter 10 multipliziert. (Alternativ kann die Komplex-Konjugator-Schaltung 32 auch in einen anderen Weg zum Multiplikator 34 eingesetzt werden.)According to 3 In the known synchronization circuit, the complex instantaneous values are obtained from the IF baseband converter 8th successively to a FIFO register 30 (FIFO: First-In-First-Out) of a cross-correlator 28 guided. The FIFO register 30 contains Nu stages so that it generates a corresponding delay by Nu instantaneous values. The output signal of the register 30 becomes a complex-conjugator circuit 32 of the correlator 28 which converts each instantaneous value into its complex conjugate value. Then it's time for a multiplier 34 of the correlator 28 each complex conjugate value with an instantaneous instantaneous value from the A / D converter 10 multiplied. (Alternatively, the complex-conjugator circuit 32 also in another way to the multiplier 34 be used.)

Wenn immer ein komplex konjugierter Wert der verzögerten Momentanwerte im Schutzzwischenraum G mit einem Momentanwert gleicher Größe vom Ende des folgenden Nutzteils U des Symbols multipliziert wird, ist das Korrelator-Ausgangssignal auf einem hohen Pegel. Zu den anderen Zeiten nimmt das Korrelator-Ausgangssignal einen zufälligen Wert an. Die 2(b) zeigt das Ausgangssignal des Korrelators. Zur besseren Darstellung zeigt die 2(b) ein ideales Ausgangssignal nach einer Mittelung über eine Anzahl von Symbolen, auch wenn in der Praxis das Mitteln in einer späteren Stufe erfolgen kann.Whenever a complex conjugate value of the lagged instantaneous values in the guard gap G is multiplied by an instantaneous value of the same magnitude from the end of the next useful portion U of the symbol, the correlator output is at a high level. At other times, the correlator output signal assumes a random value. The 2 B) shows the output of the correlator. For a better representation shows the 2 B) an ideal output after averaging over a number of symbols, although in practice the averaging can occur at a later stage.

Das Ausgangssignal des Korrelators 28 wird zu einem anderen FIFO-Register 36 geführt, dieses Register 36 enthält Ng Stellen. Ein Integrator 38 nimmt das Ausgangssignal des FIFO-Registers 36 sowie direkt auch das Ausgangssignal des Korrelators 28 auf. Der Integrator 38 dient dazu, jeden neuen Wert zu dem laufenden Integrator-Ausgangssignal hinzuzuaddieren und den Momentanwert zu subtrahieren, der Ng Momentanwerte vorher erhalten wurde. Das Ausgangssignal stellt daher die Summe der letzten Ng Momentanwerte dar. Das Ausgangssignal ist in der 2(c) gezeigt. Dieses Ausgangssignal nimmt zum Ende jedes Symbols hin allmählich zu und beginnt dann sofort abzufallen. Ein Spitzenwertdetektor (nicht gezeigt) erzeugt immer dann ein Zeitgebersignal, wenn das Integrator-Ausgangssignal den Spitzenwert erreicht (wie in der 2 zum Beispiel beim Zeitpunkt t gezeigt). Dieses Signal wird als Synchronisationsimpuls für die FFT-Schaltung 14 verwendet, und es ist anzumerken, daß es am Ende jedes Symbols erscheint, d. h. exakt dann, wenn die letzten Nu Momentanwerte, die in das FIFO-Register 36 aufgenommen wurden, die richtigen Werte für die Verwendung durch die FFT-Schaltung 14 sind.The output signal of the correlator 28 becomes another FIFO register 36 led, this register 36 contains Ng places. An integrator 38 takes the output of the FIFO register 36 as well as directly the output signal of the correlator 28 on. The integrator 38 is used to add each new value to the current integrator output and to subtract the instantaneous value previously obtained for Ng samples. The output signal therefore represents the sum of the last Ng instantaneous values. The output signal is in the 2 (c) shown. This output gradually increases toward the end of each symbol and then begins to drop immediately. A peak detector (not shown) generates a timer signal whenever the integrator output reaches the peak (as in FIG 2 for example, shown at time t). This signal is used as a synchronization pulse for the FFT circuit 14 and it should be noted that it appears at the end of each symbol, ie, exactly when the last nu instantaneous values entered in the FIFO register 36 the correct values for use by the FFT circuit 14 are.

Die FFT-Schaltung 14 verarbeitet die Nu Momentanwerte des Nutzteiles U des Signals. Aus der 2 ist ersichtlich, daß das Synchronisationssignal t zu jedem Zeitpunkt innerhalb der letzten Ng Momentanwerte eines Symbols (d. h. immer dann, wenn die Wellenform der 2(b) auf einem hohen Pegel ist) erzeugt werden kann und doch eine Intersymbolinterferenz (ISI) vermieden wird, da durch das Vorsehen des Schutzzwischenraums G die vorhergehenden Nu Momentanwerte immer aus dem gleichen Signal sind.The FFT circuit 14 processes the instantaneous values of the useful part U of the signal. From the 2 It can be seen that the synchronization signal t at all times within the last Ng instantaneous values of a symbol (ie, whenever the waveform of the 2 B) is at a high level) and yet intersymbol interference (ISI) is avoided since, by providing the guard gap G, the previous instantaneous values are always from the same signal.

Die 4 zeigt eine mögliche Auswirkung einer Mehrwegeinterferenz. Die 4(a) und 4(b) zeigen das gleiche Signal, das zu verschiedenen Zeiten erhalten wird, wobei die 4(a) das schwächere Signal darstellt, das in diesem Fall zuerst erhalten wird.The 4 shows a possible effect of multipath interference. The 4 (a) and 4 (b) show the same signal that is obtained at different times, the 4 (a) represents the weaker signal that is obtained first in this case.

Die 4(c) zeigt das Ausgangssignal, das der Korrelator 28 der 3 bei Abwesenheit des Signals der 4(b) abgibt, und die 4(d) das Ausgangssignal, das der Korrelator 28 bei Abwesenheit des Signals der 4(a) abgibt. Wenn beide Signale vorhanden sind, erzeugt der Korrelator 28 das Ausgangssignal, das in der 4(e) gezeigt ist. (Die 4(c) bis 4(e) zeigen wieder Korrelator-Ausgangssignale, die über eine Anzahl von Symbolen gemittelt sind.)The 4 (c) shows the output signal that the correlator 28 of the 3 in the absence of the signal the 4 (b) gives up, and the 4 (d) the output signal, the correlator 28 in the absence of the signal the 4 (a) emits. If both signals are present, the correlator generates 28 the output signal in the 4 (e) is shown. (The 4 (c) to 4 (e) again show correlator output signals averaged over a number of symbols.)

Die Wellenform der 4(e) weist drei Abschnitte auf, die Abschnitte 1, 2 und 3. Diese Abschnitte stellen zusammen ein Intervall dar, während dessen das Korrelator-Ausgangssignal aufgrund einer signifikanten Korrelation zwischen den durch Nu Momentanwerte getrennten Werten in einem oder beiden der Signale auf einem hohen Pegel ist. Die höchste Korrelation im Subintervall 2 tritt dann auf, wenn sich aus beiden Signalen positive Korrelationen ergeben. Es ist anzumerken, daß der Abschnitt 2 der einzige Teil der Wellenform ist, in der die letzten Ng Momentanwerte eines Symbols im Signal 4(a) gleichzeitig wie die letzten (ersten) Ng Momentanwerte eines Symbols im Signal 4(b) auftreten. Entsprechend ist das Subintervall die einzige Periode, in der ein Zeitgebersignal erzeugt werden kann, mit dem eine Intersymbolinterferenz ISI vermieden werden kann.The waveform of the 4 (e) has three sections, the sections 1 . 2 and 3 , These sections together represent an interval during which the correlator output signal is high due to a significant correlation between the values separated by Nu instantaneous values in one or both of the signals. The highest correlation in the subinterval 2 occurs when positive correlations result from both signals. It should be noted that the section 2 the only part of the waveform is where the last Ng instantaneous values of a symbol in the signal 4 (a) same as the last (first) Ng instantaneous values of a symbol in the signal 4 (b) occur. Accordingly, the subinterval is the only period in which a timer signal can be generated with which intersymbol interference ISI can be avoided.

Wenn dieses Korrelator-Ausgangssignal wie bei der bekannten Schaltung der 3 integriert wird, entsteht das in der 4(f) gezeigte Ausgangssignal. Der Spitzenwert dieses Ausgangssignals tritt am Ende des Abschnitts 3 auf, was heißt, daß er zu spät erscheint. Insbesondere heißt das, daß, obwohl die FFT-Schaltung 14 nur Momentanwerte aus dem Symbol i des Signals der 4(b) verarbeiten sollte, sie außerdem Momentanwerte aus dem Symbol i + 1 des Signals der 4(a) verarbeitet.When this correlator output signal as in the known circuit of 3 is integrated, that arises in the 4 (f) shown output signal. The peak of this output occurs at the end of the section 3 which means that he appears too late. In particular, this means that although the FFT circuit 14 only instantaneous values from the symbol i of the signal of the 4 (b) It should also process instantaneous values from the i + 1 symbol of the signal 4 (a) processed.

Wie in der 5 gezeigt, umfaßt die Synchronisationsschaltung 20 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Korrelator 28, der wie die bekannte Anordnung der 3 ein Schieberegister 30, eine Komplex-Konjugator-Schaltung 32 und einen Multiplikator 34 aufweist. Das Ausgangssignal des Korrelators 28 wird zu einer Mittelwertbildungsschaltung 46 geführt, die wie bei der bekannten Anordnung der 3 ein FIFO-Register sein kann, wobei in diesem Fall die Anzahl an Stufen gleich L1 ist, wobei L1 wesentlich kleiner ist als Ng. Das Ausgangssignal des FIFO-Registers oder der Schaltung 46 wird zu einer Symbol-Mittelwertbildungsschaltung 48 geführt, die jeden Momentanwert aus der Schaltung 46 mit den entsprechenden Momentanwerten aus den vorhergehenden Ns Symbolen aufaddiert. Entsprechend ist das Ausgangssignal der Symbol-Mittelwertbildungsschaltung 48 gleich dem über L1 Momentanwerte und Ns Symbole gemittelten Korrelator-Ausgangssignal. Im Falle einer Mehrwegeinterferenz wie in der 4 ist damit dann das Ausgangssignal ähnlich wie die Wellenform der 4(e) mit einer leichten Glättung aufgrund der L1-Mittelung.Like in the 5 shown comprises the synchronization circuit 20 an embodiment of the present invention, a correlator 28 like the well-known arrangement of the 3 a shift register 30 , a complex conjugator circuit 32 and a multiplier 34 having. The output signal of the correlator 28 becomes an averaging circuit 46 led, as in the known arrangement of 3 may be a FIFO register, in which case the number of stages is equal to L1, where L1 is substantially smaller than Ng. The output of the FIFO register or circuit 46 becomes a symbol averaging circuit 48 led, which removes any instantaneous value from the circuit 46 is added up with the corresponding instantaneous values from the previous Ns symbols. Accordingly, the output of the symbol averaging circuit 48 equal to the correlator output averaged over L1 samples and Ns symbols. In the case of a multipath interference as in the 4 is then the output signal similar to the waveform of the 4 (e) with a slight smoothing due to the L1 averaging.

Dieses Ausgangssignal wird dann zu einer Zeitrückgewinnungsschaltung 50 gegeben. Diese Schaltung 50 erzeugt das Synchronisationssignal für die FFT-Schaltung 14.This output signal then becomes a time recovery circuit 50 given. This circuit 50 generates the synchronization signal for the FFT circuit 14 ,

Die von der Zeitrückgewinnungsschaltung 50 ausgeführten Funktionen werden schematisch durch die Blöcke der 6 dargestellt. Die Ausgangs-Momentanwerte aus der Symbol-Mittelwertbildungsschaltung 48 werden zu einer Absolutwertschaltung 52 gegeben. Diese berechnet für jeden Momentanwert den Absolutwert, d. h. √(x² + y²), wobei x und y die gleichphasige bzw. quadratische Komponente des Momentanwertes sind. Diese werden in einem Spitzenwertdetektor 54 geprüft, der die Größe des Momentanwertes mit dem größten Wert feststellt. Eine Fenstererzeugungsschaltung 56 nimmt die Momentanwerte von der Absolutwertschaltung 52 und den vom Spitzenwertdetektor 54 erfaßten Spitzenwert auf, um auf jeder Seite des Spitzenwertes den nächsten Momentanwert zu bestimmen, der unter einem Schwellenwert liegt, der gleich dem 0,75-fachen des Spitzenwertes ist. Die Fenstererzeugungsschaltung 56 erfaßt somit einen Bereich an Momentanwerten von n_min bis n_max, in dem der größte Grad an Korrelation im Signal vom Korrelator vorliegt. Die 7 zeigt eine typische Wellenform für die Momentanwerte von der Symbol-Mittelwertschaltung 48 in dieser Periode. In der Periode von n_min bis n_max erzeugte Zeitgebersignale sind normalerweise zur Vermeidung einer ISI geeignet.The from the time recovery circuit 50 executed functions are represented schematically by the blocks of the 6 shown. The output instantaneous values from the symbol averaging circuit 48 become an absolute value circuit 52 given. This calculates the absolute value for each instantaneous value, ie √ (x ² + y ² ), where x and y are the in-phase or quadratic component of the instantaneous value. These are in a peak detector 54 checked, which determines the size of the instantaneous value with the largest value. A window generation circuit 56 takes the instantaneous values from the absolute value circuit 52 and the peak detector 54 peaked to determine on each side of the peak the next instantaneous value which is below a threshold equal to 0.75 times the peak value. The window generation circuit 56 thus detects a range of instantaneous values from n _min to n _max in which there is the greatest degree of correlation in the signal from the correlator. The 7 shows a typical waveform for the instantaneous values from the symbol average circuit 48 in this period. _{Timing signals} generated in the period from n _min to n _max are normally suitable for avoiding ISI.

Ein Synchronisationssignalgenerator 58 erzeugt nach einer Initialisierungsoperation, die im folgenden beschrieben wird, einmal je Symbol einen Synchronisationsimpuls.A synchronization signal generator 58 generates after an initialization operation, which will be described below, once per symbol a synchronization pulse.

Ein Komparator 60 vergleicht den Zeitpunkt, an dem das Zeitgebersignal erzeugt wird, mit den Bereich von Momentanwerten n_min bis n_max, der von der Fenstererzeugungsschaltung 56 festgelegt wurde. Wenn sich ein erheblicher Unterschied ergibt, wird einer der in einer Zählschaltung 62 gespeicherten Werte geändert. Wenn einer von mehreren in der Zählschaltung 62 gespeicherten Werten eine vorgegebene Schwelle erreicht, wird ein Signal zu dem Signalgenerator 58 gesendet, um die Zeitgabe für das Synchronisationssignal um einen Wert zu verschieben, der vom Bereich n_min bis n_max abhängt, der von der Fenstererzeugungsschaltung 56 berechnet wurde. Die Anordnung ist so, daß das Zeitgebersignal etwa in der Mitte zwischen den Werten n_min und n_max erzeugt wird, wobei eine Nachstellung jedoch nur dann erfolgt, wenn das laufende Zeitgebersignal einen ständigen und/oder erheblichen Fehler aufweist.A comparator 60 compares the time at which the timing signal is generated with a range of instantaneous values of n _min to n _max, of from the window generating circuit 56 was determined. If there is a significant difference, one will be in a counting circuit 62 changed stored values. If one of several in the counting circuit 62 stored values reaches a predetermined threshold, a signal to the signal generator 58 in order to shift the timing for the synchronization signal by a value which depends on the range n _min to n _{max received} from the window generating circuit 56 was calculated. The arrangement is such that the timer signal is generated approximately in the middle between the values n _min and n _max , but an adjustment takes place only if the current timer signal has a constant and / or significant error.

Bei dieser Ausführungsform teilt der Komparator 60 den Bereich von n_min bis n_max in vier Viertel q1, q2, q3 und q4, um die Anzahl Momentanwerte zu erhöhen, wie es in der 7 gezeigt ist. Wenn der Komparator 60 feststellt, daß die laufende Zeitgebung des Synchronisationsimpulses in q1 liegt, wird ein erstes Register ”früh” in der Zählschaltung 62 um Eins hochgesetzt. Wenn das Zeitgebersignal in q4 liegt, wird ein zweites Register ”spät” in der Zählschaltung 62 um Eins hochgesetzt. Wenn der Zeitpunkt in q2 oder q3 liegt, werden beide Register um Eins heruntergesetzt, wobei sie jedoch nicht unter Null gehen können. Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt einer der Zähler (Register) den Wert 4 erreicht, veranlaßt die Zählschaltung 62, daß der vom Signalgenerator 58 erzeugte Zeitgeberimpuls für das nächste Symbol (oder für ein bestimmtes späteres Symbol, zum Beispiel das zweite oder dritte folgende Symbol, damit mehr Zeit für die im folgenden beschriebene weitere Verarbeitung zur Verfügung steht) um eine Zeitspanne verschoben wird, die für die nächsten vier Momentanwerte gerundet (n_max – n_min)/4 entspricht. Der Zeitgeberimpuls wird in Abhängigkeit davon, ob es das Register ”früh” oder das Register ”spät” ist, das den Wert 4 erreicht hat, nach vorne oder nach hinten verschoben.In this embodiment, the comparator shares 60 The range from n _min to n _max in four quarters q1, q2, q3 and q4 to increase the number of instantaneous values, as in the 7 is shown. If the comparator 60 determines that the current timing of the synchronization pulse is in q1, a first register becomes "early" in the counting circuit 62 raised by one. When the timer signal is in q4, a second register becomes "late" in the counting circuit 62 raised by one. If the time is in q2 or q3, both registers are decremented by one, but they can not go below zero. If at any time one of the counters (registers) reaches the value 4, the counting circuit causes 62 that of the signal generator 58 generated timer pulse for the next symbol (or for a particular later symbol, for example the second or third following symbol, so that more time is available for the further processing described below) is shifted by a time period which is rounded for the next four instantaneous values (n _max - n _min ) / 4 corresponds. The timer pulse is shifted forward or backward depending on whether it is the "early" register or the "late" register that has reached the value 4.

Ein weiteres Register der Zählschaltung 62 wird in Abhängigkeit davon, ob die Zeitgebung außerhalb des Bereichs von n_min bis n_max liegt, hoch- oder heruntergezählt. Wenn dies für vier aufeinanderfolgende Perioden der Fall ist, löst die Zählschaltung 62 eine Initialisierungsoperation aus.Another register of the counting circuit 62 is counted up or down depending on whether the timing is outside the range of n _min to n _max . If this is the case for four consecutive periods, the counting circuit triggers 62 an initialization operation.

Diese Initialisierungsoperation, die dann erfolgt, wenn eine neue Station angewählt wurde oder wenn der Empfänger eingeschaltet wurde, hat zur Folge, daß der Signalgenerator 58 das Zeitgebersignal an einer Stelle in der Mitte zwischen n_min und n_max erzeugt. Die Initialisierungsoperation bewirkt auch Änderungen an Filtereinstellungen, wie es im folgenden beschrieben wird.This initialization operation, which occurs when a new station is dialed or when the receiver is turned on, results in the signal generator 58 generates the timer signal at a location in the middle between n _min and n _max . The initialization operation also causes changes to filter settings, as described below.

Wenn immer der Signalgenerator 58 veranlaßt wird, den Zeitpunkt für den Synchronisationsimpuls zu verschieben, hat dies eine differentielle Phasendrehung der Träger am Ausgang der FFT-Schaltung 14 zur Folge. Um die Behandlung dieses Umstandes zu erleichtern, gibt die Zählschaltung 62 der Zeitrückgewinnungsschaltung 50 ein Signal aus, das die Größe der Änderung bzw. Verschiebung des Synchronisationsimpulses anzeigt, und dieses Signal wird vom Phasendreher 15 aufgenommen. Der Phasendreher 15 enthält eine Nachschlagetabelle, in der für die möglichen Werte des Signals von der Zeitrückgewinnungsschaltung 50 vorab berechnete Phasendrehungen gespeichert sind. Entsprechend werden bei Erhalt eines solchen Signals die geeigneten Werte aus der Nachschlagetabelle entnommen und die jeweiligen komplexen Momentanwerte im Ausgangssignal der FFT-Schaltung 14 entsprechend korrigiert. Alternativ kann der Phasendreher 15 eine Einrichtung zum Berechnen der Phasendrehungen in Abhängigkeit vom Signal von der Zeitrückgewinnungsschaltung 50 enthalten. Die Phaseneinstellung wird somit erleichtert, da

(a) die Zeitrückgewinnungsschaltung 50 ein Signal erzeugt, das die Größe der Änderung am Synchronisationsimpuls anzeigt;
(b) die Zeitrückgewinnungsschaltung 50 wie beschrieben so aufgebaut ist, daß diese Einstellungen relativ selten erfolgen;
(c) die Größe der Nachstellung des Synchronisationsimpulses gerundet ist, wodurch sich die Anzahl von verschiedenen möglichen Einstellungen für den Zeitpunkt des Synchronisationsimpulses verringert;
(d) die Zeitrückgewinnungsschaltung 50 bereits vorab das erste Symbol angeben kann, das von einer Änderung in der Zeitgabe des Synchronisationsimpulses betroffen sein wird;
(e) da die Zeiteinstellung nur erfolgt, nachdem die Zeitrückgewinnungsschaltung 50 eine Folge von Zeitfehlern ähnlicher Art festgestellt hat, ist es gegebenenfalls möglich, daß die Bestimmung der geeigneten Phasendrehung bereits vorab erfolgt, zum Beispiel wenn nur ein oder zwei Symbole mit Zeitfehlern festgestellt wurden, damit mehr Zeit für die Operation zur Verfügung steht; und da
(f) die erforderlichen Änderungen vorher berechnet und in der Nachschlagetabelle gespeichert werden können.

Whenever the signal generator 58 is caused to shift the timing for the synchronization pulse, this has a differential Phase rotation of the carriers at the output of the FFT circuit 14 result. To facilitate the treatment of this circumstance gives the counting circuit 62 the time recovery circuit 50 a signal indicative of the magnitude of the shift of the synchronization pulse, and this signal is from the phase rotator 15 added. The phase rotator 15 contains a look-up table, in which for the possible values of the signal from the time recovery circuit 50 pre-calculated phase rotations are stored. Accordingly, upon receipt of such a signal, the appropriate values are taken from the look-up table and the respective complex instantaneous values in the output of the FFT circuit 14 Corrected accordingly. Alternatively, the phase rotator 15 means for calculating the phase rotations in response to the signal from the time recovery circuit 50 contain. The phase adjustment is thus facilitated because

(a) the time recovery circuit 50 generates a signal indicating the magnitude of the change in the synchronization pulse;
(b) the time recovery circuit 50 as described is constructed so that these settings are relatively rare;
(c) the magnitude of the adjustment of the synchronization pulse is rounded, thereby reducing the number of different possible settings for the timing of the synchronization pulse;
(d) the time recovery circuit 50 can already indicate in advance the first symbol which will be affected by a change in the timing of the synchronization pulse;
(e) since the timing is only after the time recovery circuit 50 may have detected a sequence of timing errors of a similar nature, it may be possible that the determination of the appropriate phase rotation is already made in advance, for example, if only one or two symbols with timing errors have been detected, so that more time is available for the operation; and since
(f) the required changes can be calculated in advance and stored in the look-up table.

Wie in der 5 gezeigt, wird das Ausgangssignal des FIFO-Registers 46 auch zu einem weiteren FIFO-Register 64 gegeben, das als Gleitfenster-Mittelwertbildungsschaltung dient, die aufeinanderfolgende Gruppen von L2 Momentanwerten addiert. Die Abtastrate wird durch L1 geteilt, und die letzten L2 Momentanwerte werden addiert. Vorzugsweise ist L1 × L2 im wesentlichen gleich Ng. Die Kombination der beiden Mittelwertschaltungen aus den Registern 46 und 64 ist funktionell der herkömmlichen Mittelwertschaltung 36 in der bekannten Anordnung der 3 gleichwertig. Das Ausgangssignal der Mittelwertschaltung bzw. des Registers 64 wird zu einer Spitzenwertbestimmungsschaltung 66 geführt, das den Momentanwert mit dem größten Wert herausfindet und den Winkel dieses Momentanwertes ableitet, was eine Abschätzung für die Frequenzfeinabweichung ergibt. Ein Signal für diesen Frequenzoffset wird zu der Frequenzkorrekturschaltung 12 geführt, die die Frequenz durch eine Phasendrehung der erhaltenen Momentanwerte korrigiert.Like in the 5 shown, the output of the FIFO register 46 also to another FIFO register 64 which serves as a sliding window averaging circuit which adds successive sets of L2 samples. The sample rate is divided by L1, and the last L2 samples are added. Preferably, L1 × L2 is substantially equal to Ng. The combination of the two mean value circuits from the registers 46 and 64 is functional of the conventional averaging circuit 36 in the known arrangement of 3 equivalent. The output signal of the mean value circuit or of the register 64 becomes a peak determination circuit 66 which finds the current value with the largest value and derives the angle of this instantaneous value, which gives an estimate for the frequency fine deviation. A signal for this frequency offset becomes the frequency correction circuit 12 which corrects the frequency by a phase rotation of the instantaneous values obtained.

Bei dieser Ausführungsform mittelt die L2-Mittelwertbildungsschaltung 66 über aufeinanderfolgende Werte innerhalb eines Symbols; alternativ kann die Mittelung aber auch über entsprechende Werte in aufeinanderfolgenden Symbolen erfolgen (auch wenn dies das Entstehen einer genauen Feinfrequenzabschätzung verzögert).In this embodiment, the L2 averaging circuit averages 66 about successive values within a symbol; alternatively, the averaging can also be done via corresponding values in successive symbols (although this delays the occurrence of an accurate fine frequency estimate).

Beim Einschalten des Empfängers oder beim Übergehen auf eine neue Station sollte die Synchronisation oder Ankopplung an ein neues Signal so schnell wie möglich erfolgen. Dieser Prozeß beginnt vorzugsweise mit dem ersten erhaltenen Symbol. In diesem Fall beginnt der Wert Ns, d. h. die Anzahl von Symbolen, die von der Symbol-Mittelwertbildungsschaltung 48 berücksichtigt wird, bei 1 und erhöht sich dann für jedes neu erhaltene Symbol, wenn auch vorzugsweise die Anzahl nicht über eine relativ kleine Zahl (z. B. 8) ansteigt, damit die Periode nicht zu lang wird, in der sich das Signal ändern kann.When switching on the receiver or when moving to a new station, the synchronization or coupling to a new signal should be as fast as possible. This process preferably starts with the first symbol obtained. In this case, the value Ns, that is, the number of symbols starting from the symbol averaging circuit, starts 48 is taken into account at 1 and then increases for each newly obtained symbol, although preferably the number does not increase above a relatively small number (eg 8), so that the period in which the signal can not change is too long ,

Da Ns mit einem sehr kleinen Wert beginnt und dann ansteigt, sollten sich die Werte L1 und L2 in dieser anfänglichen Stufe ändern. L1 beginnt vorzugsweise mit einem relativ hohen Wert (vorzugsweise aber immer noch wesentlich kleiner als Ng), da anderenfalls mit kleinen Werten von Ns das Ausgangssignal der L1-Mittelwertbildungsschaltung übermäßig unregelmäßig wird. Eine Einstellung von L1 auf zum Beispiel 64, während Ns gleich Eins ist, ergibt eine gute erstmalige Abschätzung für das Synchronisationssignal aus dem ersten Symbol. Wenn L1 zu Anfang relativ hoch gesetzt wird, wird vorzugsweise zur Kompensation L2 relativ niedrig gewählt.Since Ns starts with a very small value and then increases, the values L1 and L2 should change in this initial stage. L1 preferably begins with a relatively high value (but preferably still substantially less than Ng), otherwise, with small values of Ns, the output of the L1 averaging circuit becomes excessively irregular. A setting of L1 on, for example 64 while Ns equals one gives a good first estimate for the sync signal from the first symbol. If L1 is set relatively high initially, it is preferable to choose L2 relatively low for compensation.

Die folgende Tabelle stellt ein Beispiel für die Variation dieser Werte dar: Ns L1 L2 1 64 4 2 32 8 3 21 12 4 16 16 5 13 20 6 11 24 7 9 28 8 8 32 The following table is an example of the variation of these values: ns L1 L2 1 64 4 2 32 8th 3 21 12 4 16 16 5 13 20 6 11 24 7 9 28 8th 8th 32

Die Werte für das neunte und die folgenden Symbole bleiben gleich den Werten für das achte Symbol.The values for the ninth and following symbols remain the same as the values for the eighth symbol.

Die vorliegende Erfindung ist nicht nur bei einer einfachen Mehrwegeinterferenz vorteilhaft, wie sie in Verbindung mit der 4 beschrieben wurde, sondern auch bei anderen Situationen, bei denen Signale über mehr als zwei Wege erhalten werden. In solchen Fällen ist die Wellenform der 4(e) eine kompliziertere stufenförmige Wellenform. Solange jedoch die Verteilung an Verzögerungen eine Periode ergibt, in der sich alle Schutzzwischenräume überlappen, kann die erfindungsgemäße Technik dazu verwendet werden, ein entsprechendes Fenster zu bestimmen, in dem die Synchronisationssignale zu erzeugen sind.The present invention is advantageous not only in a simple multipath interference, as in connection with the 4 but also in other situations where signals are received in more than two ways. In such cases, the waveform is the 4 (e) a more complicated stepped waveform. However, as long as the distribution of delays yields a period in which all guard interstices overlap, the technique of the present invention can be used to determine a corresponding window in which to generate the synchronization signals.

Es ist anzumerken, daß, auch wenn die obige Beschreibung mit Bezug zu einer Periode erfolgte, in der sich Schutzzwischenräume überlappen, die zu Beginn der Symbole vorgesehen sind, dies nicht notwendigerweise die richtige Zeit zum Erzeugen des Synchronisationssignals ist; bei der obigen Ausführungsform gibt eine entsprechende Periode im Überlapp der duplizierten Daten an, wenn das Signal ausgegeben werden sollte. Die Wahl des geeigneten Intervalls hängt von einer Anzahl von Faktoren ab, etwa davon, ob sich der Schutzzwischenraum zu Beginn oder am Ende des Signals befindet, und ob (wie bei der obigen Ausführungsform) das Zeitgebersignal dazu verwendet wird, das Ende einer Symbolperiode anzugeben und nicht dessen Anfang. Es ist des weiteren anzumerken, daß die obige Beschreibung die Verzögerungen nicht berücksichtigt, die zum Beispiel in der FIFO-Mittelwertbildungsschaltung 46 auftreten. Bei der obigen Ausführungsform ist es in der Praxis günstig, zur Berücksichtigung dieser Verzögerung eine –(L1)/2 Momentanwerte entsprechende Korrektur durchzuführen.It should be noted that although the above description has been made with reference to a period in which guard gaps provided at the beginning of the symbols are not necessarily the proper time for generating the synchronization signal; in the above embodiment, a corresponding period indicates the overlap of the duplicated data when the signal should be output. The choice of the appropriate interval depends on a number of factors, such as whether the guard gap is at the beginning or end of the signal, and whether (as in the above embodiment) the timer signal is used to indicate the end of a symbol period and not its beginning. It is further noted that the above description does not take into account the delays, for example, in the FIFO averaging circuit 46 occur. In the above embodiment, it is convenient in practice to perform a correction corresponding to (L1) / 2 instantaneous values to take account of this delay.

Bei der obigen Ausführungsform werden durch Multiplizieren eines Momentanwertes mit dem komplex konjugierten Wert eines anderen Momentanwertes Momentanwerte korreliert, die um Nu Abtastperioden beabstandet sind. Es sind auch andere Anordnungen möglich. Zum Beispiel kann der Korrelator die Differenz zwischen den Absolutwerten von durch Nu Abtastperioden getrennten Momentanwerten bilden, wie es in unserer parallelen UK-Patentanmeldung beschrieben ist.In the above embodiment, multiplying an instantaneous value by the complex conjugate value of another instantaneous value correlates instantaneous values spaced by Nu sampling periods. Other arrangements are possible. For example, the correlator may form the difference between the absolute values of samples separated by Nu sampling periods, as described in our co-pending UK patent application.

Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit einem OFDM-Empfänger beschrieben, bei dem der Synchronisationsimpuls dazu verwendet wird, das Fenster an Momentanwerten festzulegen, an denen eine schnelle Fouriertransformation ausgeführt wird. Die Erfindung kann jedoch auch in anderen Fällen angewendet werden, in denen es Synchronisationsimpulse gibt, die Symbolgrenzen angeben; zum Beispiel ist ein solcher Impuls bei einem Repeater von Nutzen, bei dem keine vollständige FFT-Demodulation erfolgt.The invention has been described in the context of an OFDM receiver in which the synchronization pulse is used to set the window to instantaneous values at which a fast Fourier transform is performed. However, the invention may be applied to other cases where there are sync pulses indicating symbol boundaries; for example, such a pulse is useful in a repeater that does not fully FFT demodulate.

Wie beschrieben wird somit bei einem OFDM-Empfänger der Synchronisationsimpuls zur Festlegung der Werte für eine schnelle Fouriertransformation dadurch erzeugt, daß im Ausgangssignal des Korrelators 28 nach einem Subintervall (Abschnitt 2 in 4(e)) gesucht wird, in dem zwischen Momentanwerten des Symbols, die über die Länge des Nutzteils des Symbols voneinander getrennt sind, eine maximale Korrelation auftritt. Der Synchronisationsimpuls wird dann während dieses Subintervalls erzeugt. Eine Nachstellung der Zeitgebung für den Synchronisationsimpuls erfolgt nur, wenn der Fehler signifikant und dauerhaft ist. Ein Signal, das das Ausmaß der Nachstellung angibt, wird dazu verwendet, die Phasendrehungen zu bestimmen, die auf das Ausgangssignal der FFT-Schaltung angelegt werden.As described above, in an OFDM receiver, the synchronization pulse for determining the values for a fast Fourier transformation is thus generated in that in the output signal of the correlator 28 after a subinterval (section 2 in 4 (e) ) is sought in which a maximum correlation occurs between instantaneous values of the symbol, which are separated by the length of the useful part of the symbol. The synchronization pulse is then generated during this subinterval. An adjustment of the timing for the synchronization pulse occurs only if the error is significant and permanent. A signal indicative of the amount of adjustment is used to determine the phase rotations applied to the output of the FFT circuit.

Die hier beschriebenen funktionellen Elemente können entweder in einer entsprechenden Hardware oder als Software ausgeführt werden.The functional elements described here can be implemented either in appropriate hardware or as software.

Claims

A method of generating a sync pulse indicative of a symbol boundary in an OFDM signal with guard periods separated by guard gaps, the data in each guard gap corresponding to a portion of the data in the respective payload period, comprising the steps of: Providing a signal indicative of the degree of correlation between the instantaneous values of a received signal separated by a period corresponding to the useful portion of the symbol such that the signal provides an output indicative of an interval for each symbol in which a significant correlation is found Determining the respective degrees of correlation at subintervals within the specified interval; Determining a subinterval in which a maximum degree of correlation occurs, and Generating the synchronization pulse within the specified subinterval.

A method according to claim 1, characterized in that the subinterval is determined by applying a threshold to the signal indicating the degree of correlation.

A method according to claim 2, characterized in that the threshold is varied.

A method according to claim 3, characterized in that the threshold represents a value which depends on the maximum value of the signal indicating the degree of correlation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the signal indicating the degree of correlation is subjected to filtering before the use of the signal for determining the said subinterval, the filtering being carried out in such a way that each filtered output value essentially has an average value represents a predetermined number of consecutive samples, the predetermined number being substantially less than the number of samples in a guard gap.

Method according to Claim 5, characterized in that the filtered output signal is averaged over a number of symbols.

Method according to Claim 6, characterized in that the number of symbols by which the filtered output values are averaged increases in one detection stage, and in that the filtering in the detection stage is set so that the number of consecutive instantaneous values decreases, the mean of which is filtered Output value is displayed.

A method according to any one of claims 5, 6 or 7, characterized in that the filtered output signal is subjected to further filtering prior to processing to produce a signal representing a fine frequency shift.

A method according to any preceding claim, characterized by the step of adjusting the timing of the synchronization pulse only when a calculated error in the current timing exceeds a predetermined threshold.

A method according to any one of the preceding claims, characterized by the step of adjusting the timing of the synchronization pulse only when it is determined that the current timing is erroneous over a predetermined number of symbol periods, the predetermined number of symbol periods being greater than one.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the timing for the synchronization pulse is readjusted in predetermined steps which correspond to a number of instantaneous value periods.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the timing for the synchronization pulse is set in response to an error in the current timing which exceeds a certain threshold over a predetermined number of symbol periods.

Method according to one of the preceding claims for receiving an OFDM signal, characterized in that the synchronization pulse is used to perform a fast Fourier transformation on complex instantaneous values derived from the OFDM signal.

A method according to claim 13, characterized in that when the timing for the synchronization pulse is changed, a signal indicating the degree of change is generated, the signal being used to determine the phase rotation of the transformed instantaneous values.

A method according to claim 14, characterized in that the phase rotations are indicated by values in a look-up table accessed in accordance with the signal for the degree of change of timing for the synchronization pulse.